Định Luật Jun -- Lenxơ áp Dụng được Cho đoạn Mạch Chứa

Định luật Joule–Lenz (trong các sách giáo khoa tiếng Việt: Định luật Jun - Len-xơ[1]),còn gọi là Định luật Joule thứ I,[2]phát biểu rằng công suấtcủa nguồn nhiệt được tạo ra bởi một vật dẫn điệntỷ lệ thuận với điện trở của nó và với bình phương cường độ dòng điện qua vật dẫn:

Nội dung chính Show

• Mục lục
• Lịch sửSửa đổi
• Giải thích vi môSửa đổi
• Thất thoát năng lượng và nhiễuSửa đổi
• Công thứcSửa đổi
• Dòng điện một chiềuSửa đổi
• Dòng điện xoay chiềuSửa đổi
• Công thức vi phânSửa đổi
• Truyền điện cao áp xoay chiềuSửa đổi
• Ứng dụngSửa đổi
• Chế biến thực phẩmSửa đổi
• Hiệu quả tỏa nhiệtSửa đổi
• Tham khảoSửa đổi
• Video liên quan

trong đó:

• P {\displaystyle P} là công suất(J/s) chuyển đổi từ năng lượng điện năng lượng nhiệt
• I {\displaystyle I} là cường độ dòng điện (ampe) đi qua vật dẫn
• V A {\displaystyle V_{A}} và V B {\displaystyle V_{B}} là điện thế (volt) tại điểm A và B trên vật dẫn
• V A − V B = U {\displaystyle V_{A}-V_{B}=U} là hiệu điện thế (volt) ở hai đầu A và B trên vật dẫn

Giải thích của công thức này ( P = U . I {\displaystyle P=U.I} ) là:[6]

Năng lượng hao phí trong một đơn vị thời gian= (Năng lượng tiêu hao cho mỗi điện tích đi qua điện trở) × (Haophí qua điện trở mỗi đơn vị thời gian)

Khi áp dụngđịnh luật Ohm: I = U R {\displaystyle {\mbox{I}}={{\mbox{U}} \over {\mbox{R}}}} , thay vào công thức của định luật Joule–Lenz ta có một công thức tương đương:

P = U . I = I 2 R = U 2 R {\displaystyle P=U.I=I^{2}R={{\mbox{U}}^{2} \over {\mbox{R}}}}

trong đó R là điện trở.

2. Trong nhiều tài liệu tiếng Việt, bao gồm cả sách giáo khoa cấp trung học cơ sở và trung học phổ thông, thì định luật Joule–Lenz có một công thức khác, công thức này cho thấy nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn tỉ lệ thuận với bình phương cường độ dòng điện, điện trở và thời gian dòng điện qua dây dẫn:[1]

Q {\displaystyle Q} tỏa = I 2 R t {\displaystyle =I^{2}Rt}

trong đó Q {\displaystyle Q} tỏa là nhiệt lượng tỏa ra trên dây dẫn khi cường độ dòng điện I ( a m p e ) {\displaystyle I(ampe)} đi qua dây dẫn có điện trở R {\displaystyle R} trong thời gian t ( s ) {\displaystyle t(s)} .

Ngoài ra, cũng theo định luật Ohm nên có một công thức suy ra của định luật Joule–Lenz là Q {\displaystyle {\mbox{Q}}} tỏa = U 2 R . t {\displaystyle ={{\mbox{U}}^{2} \over {\mbox{R}}}.{\mbox{t}}}

Dòng điện xoay chiềuSửa đổi

Khi cường độ dòng điện thay đổi, như trong mạch xoay chiều (AC) thì:

P ( t ) = U ( t ) I ( t ) {\displaystyle P(t)=U(t)I(t)}

trong đót là thời gian và P là công suất tức thời được chuyển đổi từ năng lượng điện thành năng lượng nhiệt. Ngoài ra, giá trị công suấttrung bình đượcquan tâm nhiều hơn công suất tức thời:

P t b = U hd I hd = I hd 2 R = U hd 2 R {\displaystyle P_{\rm {tb}}=U_{\text{hd}}I_{\text{hd}}=I_{\text{hd}}^{2}R={U_{\text{hd}}^{2} \over R}}

trong đó "tb" chỉ giá trịtrung bìnhtrong nhiều chu kỳ và "hd" là giá trị hiệu dụng.

Các công thức này phù hợp cho một trở kháng lý tưởng với giá trị bằng 0. Nếu trở kháng có giá trị khác không, các công thức thay đổi như sau:

P t b = U hd I hd cos ⁡ ϕ = I hd 2 Re ⁡ ( Z ) = U hd 2 Re ⁡ ( Y ¯ ) {\displaystyle P_{\rm {tb}}=U_{\text{hd}}I_{\text{hd}}\cos \phi =I_{\text{hd}}^{2}\operatorname {Re} (Z)=U_{\text{hd}}^{2}\operatorname {Re} ({\overline {Y}})}

trong đó ϕ {\displaystyle \phi } là góc tạo bởi vectơ cường độ dòng điện và hiệu điện thế, Re {\displaystyle \operatorname {Re} } là phần thực, Z {\displaystyle Z} làtrở kháng, Y ¯ {\displaystyle {\overline {Y}}} là số phức liên hợp của Y {\displaystyle Y} ( Y = 1 Z ) {\displaystyle (Y={\frac {1}{Z}})} .

Công thức vi phânSửa đổi

Trong vật lý plasma, nhiệt Joule được tính toán tại một vị trí cụ thể trong không gian. Dạng vi phân của phương trình Joule–Lenz cho công suất trên đơn vị thể tích:

d P d V = J ⋅ E {\displaystyle {\mathrm {d} P \over \mathrm {d} V}=\mathbf {J} \cdot \mathbf {E} }

trong đó J {\displaystyle \mathbf {J} } là mật độ dòng điện và E {\displaystyle \mathbf {E} } là năng lượng điện trường. Đối với một plasma trung tính không có từ trường và có độ dẫn điện σ {\displaystyle \sigma } thì J = σ E {\displaystyle \mathbf {J} =\sigma \mathbf {E} } và do đó:

d P d V = J ⋅ E = J ⋅ J σ = J 2 ρ {\displaystyle {\mathrm {d} P \over \mathrm {d} V}=\mathbf {J} \cdot \mathbf {E} =\mathbf {J} \cdot {\mathbf {J} \over \sigma }=J^{2}\rho }

trong đó ρ = 1 σ {\displaystyle \rho ={1 \over \sigma }} là độ dẫn điện.